Электродуговая наплавка коленчатых валов

На дорогах России все больше появляется отечественных и зарубежных автомобилей и автобусов с мощными дизельными двигателями. Это автомобили и автобусы ИКАРУС, МЕРСЕДЕС, КАТЕРПИЛЛЕР, СКАНИЯ, КАРОСА, MAN, ВОЛЬВО, КамАЗ, МАЗ и др. Громадный парк сельскохозяйственной техники России также оснащен мощными дизельными двигателями. Это двигатели семейств СМД, ЯМЗ, А.41, А.01, а также двигатели комбайнов КЕЙС, НЬЮ.ХОЛАНД и др.
Во время эксплуатации коленчатые валы (KB) дизельных двигателей изнашиваются. При ремонте двигателей KB с износом необходимо заменять на новые или производить восстановительный ремонт.
Наиболее распространенными видами восстановительного ремонта являются электродуговая и плазменная наплавки и газотермическое напыление. Ремонт KB различными видами наплавок в настоящее время практически не осуществляется из-за существенных недостатков, присущих этой технологии: значительное коробление KB, наличие внутренних и наружных трещин, крупных пор. KB с наплавленными шейками из-за перечисленных дефектов в эксплуатации очень быстро разрушаются и их пробег не превышает 30000 км. Одним из недостатков наплавки является невозможность повторной наплавки, что существенно ограничивает применяемость данного процесса.
Альтернативой наплавки все чаще выступают методы газотермического напыления. Анализ показал, что плазменное, детонационное и газопламенное напыление, в том числе шнуровыми материалами, а также методы HVOF и HVAF для промышленного массового использования при ремонте KB, в настоящее время не целесообразны из-за высоких затрат на расходуемые материалы, обслуживание и обеспечение безопасности при выполнении ремонта.
Наиболее приемлемым и дешевым методом восстановления KB газотермическим напылением является электродуговая металлизация (ЭДМ). Затраты на ремонт ЭДМ в 2,5.6 раз ниже, чем вышеперечисленными методами газотермического напыления. Нагрев поверхностного слоя KB при ЭДМ не превышает 100 – 120 °С. Процесс ЭДМ высокопроизводителен. Важным преимуществом ЭДМ является, в отличие от наплавки, возможность неоднократного ремонта. На нашем предприятии с 1986 года восстанавливаются KB легковых отечественных автомобилей и иномарок электродуговой металлизацией различными проволоками, в т.ч. и проволокой 65Г. Восстановлены тысячи КВ. Дефекты восстановленного поверхностного носили единичный характер и были связаны, в основном, с нарушением процесса сборки, использованием некондиционных масел, вкладышей и др. В то же время восстановление KB дизельных двигателей дозвуковой ЭДМ положительных результатов не дало, что связано с конструктивными особенностями KB дизельных двигателей, когда расстояние до напыляемой поверхности не бывает ниже 150 мм, из.за чего покрытие имеет высокую пористость и низкую адгезию, т.к. скорость полета частиц напыляемого материала на таком расстоянии значительно снижается. Кроме того, шейки KB дизельных двигателей более нагружены, чем шейки KB карбюраторных двигателей.
Целью настоящей статьи является выявление особенностей работы покрытий на шейках KB дизельных двигателей, разработка напыляемого материала и оборудования, позволяющих получать малопористые износостойкие покрытия, проведение комплекса исследований по созданию ремонтных покрытий, обеспечивающих безаварийную работу KB при пробеге не менее 200000 км без перешлифовки покрытия, разработка технологии, позволяющей получать покрытия с заданными значениями пористости, адгезии, твердости, создание центра по восстановлению КВ.
При разработке технологического процесса были проведены исследования адгезии, износостойкости, пористости, химсостава, твердости, фазового состава, микроструктуры покрытия. Адгезия определялась методом отрыва конического штифта диаметром 4 мм от покрытия. Износостойкость определялась на машине СМЦ.2 по схеме «вал-втулка». Для исследования пористости, фазового состава, микроструктуры изготавливались образцы из стали 45. Исследования проводились при увеличении х100 и х2000 на травленых и не травленых шлифах. Фазовый состав определялся при помощи установки ДРОН-3.
Для получения заданных параметров покрытий разработан электродуговой металлизатор, имеющий в своем составе механизм подачи проволоки, распылительную головку, пульт управления. Металлизатор имеет повышенную электрическую мощность. Эта мощность необходима для создания энергоемкой двухфазной (воздух – частицы напыляемого материала) струи.
Такая струя должна обладать определенным запасом энергии, т.к. KB дизельных двигателей имеют значительные габариты и минимальная дистанция напыления составляет 150 мм. На таком расстоянии от металлизатора напыляемые частицы должны сохранить свои скорость и температуру, поскольку их пластичность на поверхности детали зависит от начальной скорости, температуры и условий теплообмена в струе. Поэтому, металлизационная струя должна иметь высокие скорость и температуру и быть высококонцентрированной. Это обеспечивает распылительная головка. Были апробированы различные варианты создания металлизационных струй с высокими температурно-кинетическими параметрами, в т.ч. и применением сгорания пропана в специальной камере. В результате работ и газодинамических расчетов была создана распылительная головка, обеспечивающая высококонцентрированную сверхзвуковую металлизационную струю с полууглом расширения 4,5 – 6,0° и с применением только сжатого воздуха.
В качестве напыляемого материала использовалась порошковая проволока, имеющая в своем составе не менее 0,8% С, а также ряд легирующих элементов (Аl, Мп и др.). Проволока изготавливается на Череповецком сталепрокатном заводе. Использование порошковых проволок позволяет в широких пределах регулировать химический и фазовый состав покрытий и, следовательно, эксплуатационные свойства покрытий.
Адгезия покрытия с увеличением скорости истечения воздуха, следовательно, и скорости истечения металлизационной струи, повышается, а пористость снижается. При истечении воздуха с дозвуковой скоростью размер расплавленных частиц в среднем составляет 200 мкм. С увеличением скорости истечения воздуха до 2 М размер расплавленных частиц на 90% находится в пределе 30.80 мкм. Однако такое уменьшение размера расплавленных частиц напыляемого материала ведет к более интенсивному выгоранию из них легирующих элементов и, в первую очередь, углерода, что и вызывает повышенную твердость покрытий при дозвуковых скоростях истечения воздуха.
Содержание остальных легирующих элементов проволоки при увеличении скорости истечения воздуха из металлизатора и силы тока дугового разряда изменяется в меньшей степени.
Микроструктура покрытия претерпевает значительные изменения при увеличении скорости полета частиц. При дозвуковых скоростях истечения воздуха микроструктура покрытия крупнозернистая, с большим количеством пор. Отмечены частицы сферической формы, которые напор воздуха не разбил на более мелкие, и которые из-за низкой скорости полета, успели остыть до их столкновения с напыляемой поверхностью. Большинство частиц вытянутой, деформированной формы. По мере увеличения скорости истечения воздуха, покрытия имеют все более тонкую микроструктуру. Количество пор уменьшилось. Глобулярных частиц нет. Все частицы подверглись значительной пластической деформации. По всей толщине покрытия имеют равномерную структуру, что говорит о стабильности процесса. Переходная зона плотная. Отмечаются тонкие окисные пленки.
Исследованиями фазового состава выявлено, что в покрытии на границе раздела выявлен оксид кремния.
Отмечено высокое растворение в частицах железа легирующих элементов. Выявлено наличие сложных шпинелей. Наличие в покрытии сложных окислов и шпинелей позволяет получить более равномерную структуру и, соответственно, более качественное покрытие.
Исследованиями износостойкости установлено, что покрытие, полученное при оптимальном режиме напыления, имеет износостойкость не хуже, чем закаленная сталь 45.
На заключительной стадии отрабатывались и уточнялись технологические параметры процесса, конструкция защитной оснастки, приспособлений и инструмента на конкретных коленчатых валах.
Очень большое внимание уделено механической обработке покрытий шлифованием. Были подобраны шлифовальные круги и параметры технологического процесса шлифования.
На выбранных технологических режимах ЭДМ и последующего шлифования покрытия отремонтирован коленчатый вал автомобиля КамАЗ. Коленчатый вал был установлен на специальный стенд и испытан на износостойкость и усталость. Испытания установили, что KB КамАЗа проработал на стенде без следов износа дольше, чем новый коленчатый вал. Обеспечивается двукратный запас усталостной прочности на изгиб и кручение.
Опыт нашей работы показал, что наиболее целесообразно восстановление KB проводить в крупном центре, где сосредоточены передовые технологии и оборудование, работают высококвалифицированные специалисты и обеспечивается восстановление не менее 40.50 KB в месяц.
В ООО «Высокогорская машинно-технологическая станция» имеются все технологии и возможности по проведению восстановления коленчатых валов как отечественных, так и импортных образцов.
Мы имеем следующие производственные участки:
• участок пескоструйной обработки и металлизации укомплектованный металлизационным аппаратом, установленным на вращателе, и автоматизированной пескоструйной камерой;
• участок подготовки коленчатых валов к ремонту;
• участок шлифования покрытий, укомплектованный двумя шлифовальными станками модели ЗА423;
• участок контроля (визуальный и инструментальный);
• слесарный участок;
• складское помещение.
Перед восстановлением шейки коленчатых валов осматриваются при помощи лупы 7.кратного увеличения, а также контролируется наличие трещин на шейках при помощи специального малогабаритного магнитного дефектоскопа. Для восстановления обычно берутся KB, прошедшие перешлифовку до последнего ремонтного размера, т.е., диаметры шеек уменьшаются на 1 – 2 мм.
На заключительной стадии ремонта контролируется твердость покрытия. Так как определение твердости на напыляемых покрытиях традиционными методами вдавливания конуса или пирамидки не дает достоверных результатов из-за пористости и слоистости структуры, был разработан твердомер ТПЦ.4. Твердомер имеет небольшой вес и габаритные размеры. Твердомер замеряет твердость без повреждения поверхностного слоя.
Разработанная сверхзвуковая распылительная головка, напыляемая порошковая проволока и уникальная технология позволяют впервые в отечественной практике восстанавливать износ боковых поверхностей опорных коренных шеек (восстановление ширины шейки).

Читайте также: Шестерни валов уаз буханка

Видео:РЕМОНТ ШЕЙКИ КОЛЕНВАЛА: СВАРКА + ШЛИФОВКА. Минск. AvtoPro.byСкачать

Как восстановить коленчатый вал автомобиля собственными силами?

Автомобиль давно перестал быть источником поклонения. Транспортное средство имеется почти в каждой второй семье. Некоторые владеют двумя и большим количеством автотранспорта. Иногда возникает необходимость восстановить работоспособность всего авто или его отдельных частей. Сердцем автотранспорта является его двигатель. При необходимости ремонта иногда может возникнуть восстановить коленчатый вал ДВС.

Дорогостоящий ремонт проводится разными способами. Предприятия автосервиса чаще предлагают приобрести мотор с разборки, так как капитальный ремонт требует полно разборки двигателя и замены запасных частей. Но никто не даст гарантии, что подобная замена окажется лучшим выходом из ситуации. Достаточно примеров от автомобилистов, которые утверждают, что установленные ДВС с автомобилей с пробегом, служат значительно меньше ожидаемого срока. Поэтому капитальное восстановление родного двигателя позволит эксплуатировать своего «железного коня» в течение всего расчетного срока жизни.

Видео:НАПЫЛЕНИЕ КОЛЕНВАЛА. НАНЕСЕНИЕ МЕТАЛЛА НА РАЗЛИЧНЫЕ ДЕТАЛИСкачать

Особенности производства ДВС

Для ремонта двигателей внутреннего сгорания предусмотрены десятки разных способов, способных вернуть их к жизни. Современные моторы производят на заводах, специализирующихся на выпуск только этой продукции.

Используя несколько базовых изделий энергосиловой установки, разные производители автомобилей выпускают различные модели со своим брендом. Внешне авто могут заметно отличаться друг от друга, а силовой агрегат внутри этих транспортных средств будет один и тот же.

1. Мотористы выпускают не один тип мотора, у них предусмотрена линейка ДВС, отличающихся системой впуска, количеством клапанов, наличием или отсутствием турбонаддува, присутствием тех или иных опций. Чаще всего блок и ряд корпусных элементов практически не отличаются.
2. Из литейного цеха на последующую доработку на территории механических цехов приходят корпуса и крышки. На металлорежущих станках из заготовок изготавливают детали.
3. Сборочные участки собирают узлы и агрегаты. Комплектуются будущие изделия.
4. Главный конвейер производит окончательную сборку.
5. Потом готовые изделия поступают на участок обкатки. Здесь двигатель устанавливается на обкаточный стенд.
6. В течение первых двух часов запуск мотора не производится. Выполняется холодное обкатывание. В результате происходит притирка сопрягающихся деталей. Проверяют наличие дисбаланса у коленчатого вала и других механизмов.
7. Потом подается топливо. Двигатель запускается. Ему позволяют поработать на разных режимах в течение часа.
8. Отработанное моторное масло сливается, заменяется и фильтр очистки.
9. Ставится новый фильтр, заливается свежее масло в картер двигателя. Его упаковывают для реализации на автомобилестроительный завод.

Читайте также: Чертеж вала для сверлильного станка

Видео:Наплавка шейки коленчатого вала Сварка коленвала Правка Шлифовка Рихтовка Наварка восстановлениеСкачать

Ремонт моторов

Эксплуатационный ремонт сводится только к регулировкам отдельных узлов. Выполняется техническое обслуживание, при котором заменяют фильтрующие элементы и расходные материалы.

Проверяют работоспособность систем питания, искрообразования, охлаждения, смазки. Современные ДВС оборудованы датчиками, которые регистрируют имеющиеся отклонения от номинальных значений. Используя соответствующие диагностические приборы, проводят экспресс-анализ всех систем ДВС. По возможности восстанавливают регулировки, отлаживают режимы работы.

Наибольшему износу подвержены:

• Цилиндры ДВС. Внутри них происходит процесс горения. Температура горючих газов достигает до 2200…2500 ⁰С. Часть металла может выгорать. На внутренней поверхности образуются задиры, повреждается зеркало цилиндра.
• Изнашиваются поршни, они совершают миллионы возвратно-поступательных движений. В результате происходит износ по наружной поверхности. Уплотнение достигается использованием компрессионных и маслосъемных колец, изготавливаемых из ковкого чугуна. Канавки, в которые устанавливают кольца, изнашиваются.
• Нагрузку от поршней получают шатуны. Они опираются на поршневые пальцы и шатунные шейки. В зоне контакта происходит износ. Увеличивается зазор в пальцах и шатунных шейках.
• Коленчатый вал устанавливается на опоры, после совершения нескольких десятков миллионов оборотов изнашиваются коренные шейки. Зазоры увеличиваются. Моторное масло перестает поступать к шатунам и вытекает через неплотности снова в картер.

1 – распределительный вал; 2 – поршень; 3 – цилиндр; 4 – коренная шейка коленчатого вала; 5 – шатунная шейка коленчатого вала.

Многие детали заменяются довольно легко. Производители ДВС, кроме базовых деталей, производят еще дополнительную партию комплектующих, изготовленных с ремонтными размерами:

1. На место изношенных поршней устанавливают новые.
2. На хонинговальных станках выполняется полировка внутренней поверхности цилиндров, восстанавливается форма. Внимание! Некоторые производители поступают проще, они комплектуют моторы новыми съемными цилиндрами. Остается только приобрести рем-комплект, и заменить поршневую группу.
3. Заменяют поршневые пальцы, предварительно растачивают посадочные отверстия в головке шатунов.
4. Шлифуют шатунные и коренные шейки коленчатого вала. У большинства производителей предусмотрены по 3…4 ремонтных размера вкладышей. Поэтому реальный моторесурс может быть продлен в 3…4 раза по сравнению с базовым.

После проведения всех операций собирают двигатель. Ставят его на родной автомобиль.

Схема диагностики коленвала:

Видео:Наплавка посадочного места под подшипник электро дуговой сваркойСкачать

Как отремонтировать коленчатый вал двигателя?

Коленчатый вал устанавливается на станок. С помощью индикаторных головок выполняют диагностику. Проводят анализ биения поверхностей и величину износа:

Большинство производителей предусматривает возможность шлифовки шеек вала на ремонтные размеры. Обычно они отличаются от номинального значения по 0,25…0,50 мм. После переточки под новое значение устанавливают новые вкладыши. Именно они компенсируют изменение параметра на новое. Для шлифовки используют комбинации станков: токарный и центрово-шлифовальный.

На поверхности видны следы износа:

• На токарный станок в центрах устанавливают коленчатый вал. Возможны две установки: в главном центре вала или центрование по шатунам.
• Потом производится проверка биения. Здесь используют индикаторные головки.
• После уточнения реальных размеров производится уточнение возможных размеров после шлифования.
• Включается станок, подается смазывающая охлаждающая жидкость (СОЖ). Выполняется процесс. Все однотипные шейки шлифуют на свой размер.
• После выполнения работы проверяют значения. Если получен ожидаемый результат, заказ отдается заказчику.

Коленчатый вал после проведения шлифовки поверхностей:

Возможный вариант полировки поверхностей шеек коленвала:

Видео:Восстановление шеек коленвала наплавкойСкачать

Наплавка электрической дугой

Когда износ выходит за допустимые значения, то восстановить одной шлифовкой невозможно. Нужно восстановить изначальный диаметр, а только потом приступать к проточкам и шлифовальным работам.

Самый простой способ заключается в наплавке. Используют специальные электроды, изготовленные из легированных сталей. После наплавки получают наплавленный слой высокой твердости.

При выполнении этой операции стремятся выполнить несколько основных требований.

1. Нужно отрегулировать процесс так, чтобы основной металл, расположенный на шейках, проплавлялся минимально. Здесь возможны варианты изменения наклона электрода. Его позиционируют в разных направлениях.
2. При наплавлении поверхностный слой должен минимально перемешиваться с телом детали. Тогда не произойдет перегрев, который может привести к деформации коленвала и нарушению его геометрии.
3. При проведении наплавки сразу после завершения наплавления слоя на определенной шейке нужно оперативно охладить деталь. Поэтому производственный цикл может иметь высокую продолжительность, требуется частое охлаждение изделия.
4. Выполняя наплавку, необходимо минимизировать толщину наплавляемого слоя. Последующая обработка механическими приспособлениями обязана быть минимальной. Поэтому сварочное оборудование наносит слой, измеряемый долями миллиметра.

Читайте также: Расточка вала двигателя ваз

Технология наплавки на поверхность детали:

Несколько ремонтных предприятий, разбросанных по стране, производят восстановление коленчатых валов и других деталей методом наплавки. Особенно актуальна подобная работа для импортных автомобилей, у которых возникают трудности с приобретением ремонтных комплектов запасных частей (у некоторых подобные опции не предусмотрены вообще, изготовитель предусматривает полную замену ДВС).

Видео:Установка для наплавки валовСкачать

Наплавка в среде флюса

Наплавку проводят под защитой флюса. Это порошкообразная среда, которая ограничивает попадание воздуха в зону образования дуги. Флюс расплавляется и образует плотную корку. После наплавки и остывания металла эту корку сбивают и приступают к шлифовальным и полировальным работам.

Схема процесса наплавки под слоем флюса:

Видео:реставрация коленвала Case комбайн наплавка твердыми сплавамиСкачать

Наплавка в среде защитного газа

При использовании электродов защита зоны сварки происходит за счет расплавления обмазки. Покрытие образует слой, который затем нужно сбивать.

Схема процесса дуговой сварки в среде инертных газов:

1 – электрод; 2 – присадочная проволока; 3 – изделие; 4 – сварной шов; 5 – дуга; 6 – поток защитного газа; 7 – горелка.

Получение наплавленного шва более высокого качества достигается наплавлением проволоки в среде защитного газа. Для удаления кислорода из зоны сварки используют углекислый газ, аргон или газовую смесь, в которой аргон составляет 80 %, а остальную представляет углекислота.

При наплавлении стараются перемещать наплавляемый слой по спирали. Специальные приспособления на станке организуют подачу проволоки в автоматическом режиме. Для этого применяют ходовой винт, он согласует перемещение подающей головки в соответствии с вращением вала на станке.

Видео:НАПЫЛЕНИЕ КОЛЕНВАЛА. РЕМОНТ ШЕЙКИ.Скачать

Наплавка напылением

Перспективным способом восстановления коленчатых валов является напыление на поверхность шеек окислов титана. Напыление выполняется порошком, имеющим размер гранул, измеряемый микронами.

Создается разность потенциалов, в результате которой формируется стабильный процесс притяжения между частицами порошка и телом восстанавливаемой детали. Чтобы увеличить интенсивность процесса создается струя, в которой разность потенциалов достигает десятки тысяч Вольт. Попутно происходит разогрев струи, температура повышается до 4000…6000 ⁰С. Длительность процесса составляет всего несколько долей секунды. Поток порошка направляется на поверхность. Между частицами и телом детали возникает диффузия. Частичка припаивается к поверхности.

Газопламенное напыление окиси титана:

Видео:Запчасти в работе: Наплавка всех шатунных шеек коленвала ЯМЗ-240 с шлифовкой и замерами твердостиСкачать

Электроискровое напыление порошка

При плазменном напылении происходит заметный нагрев детали. Чтобы не перегревать весь коленвал, предусматривают иной способ организации припайки частиц. Подаваемый порошок прикатывается роликом.

Между роликом и деталью создается разность потенциалов. Она небольшая, здесь важна сила тока. Она достигает десятков Ампер. В результате в зоне контакта температура увеличивается до 1900…2200 ⁰С. При таких значениях между частицами и порошком образуется прочная диффузионная связь. Теперь покрытие будет удерживаться довольно прочно.

На практике проверено, что получаемая поверхность не представляет идеальное зеркало. При рассмотрении под микроскопом видны небольшие точки. Оказывается, свободное пространство заполняется смазкой. В результате происходит влажный контакт между сопрягаемыми поверхностями.

Установка для электроискрового напыления:

Видео:ЛАЗЕРНАЯНАПЛАВКА.РФ - восстановление шеек коленчатого вала дизельного ДВС со спецтехники KOMATSU.Скачать

Детонационное напыление

Самым перспективным способом восстановления параметров коленвала считается детонационное напыление. В этом процессе разгон потока порошка из бункера накопителя до поверхности происходит за счет энергии взрыва, произведенного внутри газового потока.

Используется детонационная пушка. У нее присутствует с одного конца охлаждаемый водой ствол. Его заполняет газовая смесь, которая при достижении нужной концентрации может взорваться.

В результате взрыва в ограниченном пространстве возникает струя, скорость которой 1000…1200 м/с. При соударении с твердой поверхностью в результате удара в зоне контакта температура повышается до 2000…2200 ⁰С. Происходит мгновенное разогревание зоны контакта, частица образует с телом жесткую связь. Ее крайне трудно разрушить механическим путем. Микросварка соединяет разнородные порошок и стальную поверхность.

Детонационное напыление твердых порошков:

После «выстрела» производится продувка ствола негорючим газом. Поток попадает не только на ствол, он направляется в зону сварки, охлаждает ее до 20…30 ⁰С. Затем возобновляется процесс. Происходит очередной выстрел. Еще определенное количество порошка подается на наплавку.

Этот способ наплавки (напыления) превосходит по своим параметрам любой другой вариант.

В настоящее время по заказу заинтересованных предприятий может быть спроектировано и изготовлено индивидуальное высокотехнологичное оборудование. Конечно, цена на него может быть достаточно высокой. Высокое качество восстанавливаемых деталей позволит окупить капиталовложения.

Видео: восстановление коленвала.

• Свежие записи
  • Чем отличается двухтактный мотор от четырехтактного
  • Сколько масла заливать в редуктор мотоблока
  • Какие моторы бывают у стиральных машин
  • Какие валы отсутствуют в двухвальной кпп
  • Как снять стопорную шайбу с вала

  
  

  источники:

  https://evakuatorinfo.ru/elektrodugovaya-naplavka-kolenchatyh-valov

  🎦 Видео

  Ремонт коленчатого валаСкачать

  

  Наплавка валаСкачать

  

  Как сварщики наплавляют электродами. Электроды для наплавки Т-590.Скачать

  

  Как проводится дефектовка коленчатых валовСкачать

  

  Ремонт ( шлифовка ) коленвала после неправильной установки упорных полу колец ( боковых вкладышей )Скачать

  

  Станок для наплавки воловСкачать

  

  Круглошлифовальный станок 3А423, для перешлифовки шеек коленчатых валовСкачать

  

  Коленчатый вал восстоновление лазерной наплавкойСкачать

  

  Лазерное термоупрочнение шейки коленчатого валаСкачать

  

  Наплавка вала под флюсом HD1080Скачать